特許 7439298 無停電電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(54)【発明の名称】無停電電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20240219BHJP

【ＦＩ】

H02J9/06 120

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022562582

(86)(22)【出願日】2021-08-24

(86)【国際出願番号】 JP2021030957

(87)【国際公開番号】W WO2023026357

(87)【国際公開日】2023-03-02

【審査請求日】2022-10-13

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今西 亮五

(72)【発明者】

【氏名】百地 伸行

【審査官】宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２１／０４４５９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／００９９９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－２７３４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０６９６８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ７／００－７／１２

Ｈ０２Ｊ７／３４－１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源と負荷との間に並列接続される複数の電力変換モジュールと、
前記交流電源と前記負荷との間に接続されるバイパスモジュールと、
前記交流電源から供給される交流電圧または前記負荷に供給される交流電圧を第１の直流電源電圧に変換するＡＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータにより生成される前記第１の直流電源電圧を前記複数の電力変換モジュールおよび前記バイパスモジュールに対して伝送する電源線とを備え、
前記バイパスモジュールは、
前記交流電源と前記負荷との間に接続されるスイッチと、
前記第１の直流電源電圧に基づいた動作電源電圧を受けて動作することにより、前記スイッチのオンオフを制御する第１の制御装置とを含み、
前記複数の電力変換モジュールの各々は、
前記交流電源または電力貯蔵装置から供給される電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する電力変換器と、
前記第１の直流電源電圧に基づいた動作電源電圧を受けて動作することにより、前記電力変換器を制御する第２の制御装置とを含み、
前記バイパスモジュールは、前記電源線に接続され、前記第１の直流電源電圧を用いて前記第１の制御装置の動作電源電圧を生成する第１の制御電源をさらに含み、
前記複数の電力変換モジュールの各々は、前記電源線に接続され、前記第１の直流電源電圧を用いて前記第２の制御装置の動作電源電圧を生成する第２の制御電源をさらに含み、前記第２の制御電源は、前記第１の直流電源電圧を第３の直流電源電圧に変換する第２のＤＣ／ＤＣコンバータを含み、
前記第２の制御装置は、
前記第２のＤＣ／ＤＣコンバータから前記第３の直流電源電圧を受けて動作することにより、前記電力変換器を制御するための制御信号を生成する第２の制御回路と、
前記電源線から前記第１の直流電源電圧を受けて動作することにより、前記第２の制御回路の出力信号に従って前記電力変換器を駆動する第２のドライバとを含む、無停電電源装置。

【請求項2】

前記第１の制御電源は、前記第１の直流電源電圧を第２の直流電源電圧に変換する第１のＤＣ／ＤＣコンバータを含み、
前記第１の制御装置は、
前記第１のＤＣ／ＤＣコンバータから前記第２の直流電源電圧を受けて動作することにより、前記スイッチのオンオフを制御するための制御信号を生成する第１の制御回路と、
前記電源線から前記第１の直流電源電圧を受けて動作することにより、前記第１の制御回路の出力信号に従って前記スイッチを駆動する第１のドライバとを含む、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項3】

前記複数の電力変換モジュールの各々において、前記電力変換器は、
前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータによって生成された直流電力または前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間に接続された直流ラインとを含み、
前記第２の制御電源は、前記直流ラインの直流電圧を前記第１の直流電源電圧に変換して前記電源線に出力する第３のＤＣ／ＤＣコンバータをさらに含む、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項4】

前記ＡＣ／ＤＣコンバータは、前記バイパスモジュールに搭載される、請求項１から３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無停電電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、単一の無停電電源装置に、モジュール単位で冗長化を図るモジュール型無停電電源装置を採用する構成が提案されている。モジュール型無停電電源装置は、複数の電力変換モジュール（以下、「パワーモジュール」とも称する）を並列接続することにより、装置内部にパワーモジュールの並列回路を有している。無停電電源装置による電源供給にＮ台のパワーモジュールが必要な場合には、（Ｎ＋１）台のパワーモジュールを実装して冗長化を図ることにより、電源品質を向上させることができる。

【0003】

従来、無停電電源装置には、無停電電源装置全体を制御する制御装置の動作電源電圧を生成する制御電源を搭載したものがある（例えば、国際公開第２０２１／０４４５９９号（特許文献１）参照）。制御電源は、商用交流電源から与えられる交流電圧に基づいて、制御装置の動作電源電圧を生成するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０２１／０４４５９９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述したモジュール型無停電電源装置は、ホットスワップ方式を採用している。ホットスワップ方式とは、無停電電源装置の運用中にパワーモジュールを停止し、当該パワーモジュールを引出および挿入可能な構成を意味する。これによると、パワーモジュールの故障または点検時に無停電電源装置による給電を継続した状態でパワーモジュールを交換することができる。

【0006】

ホットスワップを実現するために、各パワーモジュールには、内蔵する電力変換器を制御するための制御装置と、当該制御装置の動作電源電圧を生成する制御電源とが搭載されている。制御装置は、対応する電力変換器を制御するための制御信号を生成する制御回路、および、制御信号に従って電力変換器を駆動するドライバなどを含んでいる。制御回路を構成するマイクロコンピュータと、ドライバとの間で動作電源電圧が互いに異なる場合がある。そのため、制御電源は、ＡＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータを含み、交流電圧から複数の動作電源電圧を生成することが可能に構成されている。

【0007】

しかしながら、上述のように、パワーモジュールごとに、複数の動作電源電圧を生成する制御電源が搭載する構成では、パワーモジュールの数が増えるに従って制御電源の数も増えることになる。その結果、モジュール型無停電電源装置の大型化およびコストの増大を招くことが懸念される。

【0008】

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、並列接続された複数のパワーモジュールを備えるモジュール型無停電電源装置において、小型化および低コスト化を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一態様に係る無停電電源装置は、交流電源と負荷との間に並列接続される複数の電力変換モジュールと、交流電源と負荷との間に接続されるバイパスモジュールと、ＡＣ／ＤＣコンバータと、電源線とを備える。ＡＣ／ＤＣコンバータは、交流電源から供給される交流電圧または負荷に供給される交流電圧を第１の直流電源電圧に変換する。電源線は、ＡＣ／ＤＣコンバータにより生成される第１の直流電源電圧を複数の電力変換モジュールおよびバイパスモジュールに対して伝送する。バイパスモジュールは、交流電源と負荷との間に接続されるスイッチと、第１の直流電源電圧に基づいた動作電源電圧を受けて動作することにより、スイッチのオンオフを制御する第１の制御装置とを含む。複数の電力変換モジュールの各々は、交流電源または電力貯蔵装置から供給される電力を交流電力に変換して負荷に供給する電力変換器と、第１の直流電源電圧に基づいた動作電源電圧を受けて動作することにより、電力変換器を制御する第２の制御装置とを含む。

【発明の効果】

【0010】

本開示によれば、並列接続された複数のパワーモジュールを備えるモジュール型無停電電源装置の小型化および低コスト化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図2】バイパスモジュールおよびパワーモジュールの構成を示す回路ブロック図である。

【図3】バイパスモジュールおよびパワーモジュールの制御電源の構成を示すブロック図である。

【図4】実施の形態２に係る無停電電源装置における制御電源の構成を示すブロック図である。

【図5】実施の形態３に係る無停電電源装置における制御電源の構成を示すブロック図である。

【図6】実施の形態４に係る無停電電源装置における制御電源の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

【0013】

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【0014】

図１に示すように、実施の形態１に係る無停電電源装置１００は、バイパスモジュールＢ０と、複数のパワーモジュールＰ１～Ｐｎ（ｎは２以上の整数）と、バッテリ３２と、通信線１５と、電源線１６とを備える。バイパスモジュールＢ０およびパワーモジュールＰ１～Ｐｎは、通信線１５によって互いに通信可能に接続されている。バイパスモジュールＢ０およびパワーモジュールＰ１～Ｐｎはさらに、電源線１６によって互いに接続されている。

【0015】

バイパスモジュールＢ０は、入力端子Ｔ１１と、出力端子Ｔ１２と、入力端子Ｔ１１および出力端子Ｔ１２の間に接続されるスイッチ（図示せず）とを有する。

【0016】

パワーモジュールＰ１～Ｐｎの各々は、コンバータおよびインバータ（図示せず）を有する電力変換モジュールである。以下の説明では、パワーモジュールＰ１～Ｐｎを包括的に「パワーモジュールＰ」と称する場合がある。パワーモジュールＰは、入力端子Ｔ１と、バッテリ端子Ｔ２と、出力端子Ｔ３とを有する。

【0017】

バイパスモジュールＢ０の入力端子Ｔ１１および各パワーモジュールＰの入力端子Ｔ１はともに商用交流電源３０に接続される。入力端子Ｔ１１および入力端子Ｔ１は、商用交流電源３０から供給される商用周波数の交流電圧（以下、交流入力電圧とも称する）ＶＩを受ける。

【0018】

各パワーモジュールＰのバッテリ端子Ｔ２はバッテリ３２に接続される。バッテリ３２は直流電力を蓄える。バッテリ３２は「電力貯蔵装置」の一実施例に対応する。バッテリ端子Ｔ２には、バッテリ３２の代わりにコンデンサが接続されていてもよい。

【0019】

バイパスモジュールＢ０の出力端子Ｔ１２および各パワーモジュールＰの出力端子Ｔ３はともに負荷３１に接続される。すなわち、バイパスモジュールＢ０およびパワーモジュールＰ１～Ｐｎは、商用交流電源３０と負荷３１との間に互いに並列に接続されている。負荷３１は、バイパスモジュールＢ０またはパワーモジュールＰ１～Ｐｎから供給される交流電力によって駆動される。

【0020】

このような無停電電源装置は、「モジュール型無停電電源装置」と称される。モジュール型無停電電源装置は、無停電電源装置の容量に応じた台数のパワーモジュールの並列回路を内部に構築している。無停電電源装置による電源供給にＮ台のパワーモジュールが必要な場合には、（Ｎ＋１）台のパワーモジュールを実装して冗長化を図ることにより、電源品質を向上させることができる。

【0021】

このように単一の無停電電源装置においてモジュール単位で冗長化を図る方式は、「ホットスワップ方式」とも称される。ホットスワップ方式とは、無停電電源装置の運用中に一部のパワーモジュールを停止し、当該パワーモジュールを引出および挿入可能な構造を意味する。これによると、パワーモジュールの故障または点検時に、無停電電源装置による給電を継続した状態で当該パワーモジュールを交換することができる。

【0022】

無停電電源装置１００は、インバータ給電モードと、バイパス給電モードとを有する。インバータ給電モードは、パワーモジュールＰから負荷３１に交流電力が供給されるモードである。インバータ給電モードでは、商用交流電源３０から供給される交流電力がパワーモジュールＰのコンバータによって直流電力に変換され、その直流電力がインバータによって交流電力に変換されて負荷３１に供給される。バイパス給電モードは、商用交流電源３０からバイパスモジュールＢ０を介して負荷３１に交流電力が供給されるモードである。バイパス給電モードでは、商用交流電源３０から供給される交流電力が、パワーモジュールＰを通さずに負荷３１に供給される。

【0023】

図２は、図１に示したバイパスモジュールＢ０およびパワーモジュールＰの構成を示す回路ブロック図である。無停電電源装置１００は、商用交流電源３０からの三相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を三相交流電力に変換して負荷３１に供給する。図２では、図面および説明の簡単化のため、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちの一相に対応する部分の回路のみが示されている。

【0024】

図２に示すように、バイパスモジュールＢ０は、スイッチ２０と、制御装置２８とを備える。スイッチ２０は入力端子Ｔ１１と出力端子Ｔ１２との間に接続される。スイッチ２０は、例えば、逆並列に接続された一対のサイリスタを有するサイリスタスイッチである。スイッチ２０のオンオフは制御装置２８によって制御される。スイッチ２０は、インバータ給電モード時にオフされ、バイパス給電モード時にオンされる。

【0025】

制御装置２８は、パワーモジュールＰ１～Ｐｎの各々に含まれる制御装置１４と通信線１５によって互いに通信可能に接続されている。制御装置２８は、通信線１５を介してパワーモジュールＰ１～Ｐｎの制御装置１４との間で情報を授受する。なお、制御装置２８および制御装置１４の間の通信は、無線通信および有線通信のいずれで実現されてもよい。制御装置２８は「第１の制御装置」の一実施例に対応する。

【0026】

制御装置２８は、例えば、マイクロコンピュータを主体として構成することができる。一例として、制御装置２８は、図示しないメモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）を内蔵し、予めメモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行するソフトウェア処理によって制御動作を実行することができる。あるいは、当該制御動作の一部または全部について、ソフトウェア処理に代えて、内蔵された専用の電子回路などを用いたハードウェア処理によって実現することも可能である。

【0027】

パワーモジュールＰは、入力端子Ｔ１、バッテリ端子Ｔ２および出力端子Ｔ３に加え、スイッチＳ１～Ｓ３、コンデンサ１，５，１０、リアクトル２，９、直流ライン６、コンバータ４、双方向チョッパ７、インバータ８、電流検出器１３、および制御装置１４を備える。

【0028】

入力端子Ｔ１は、商用交流電源３０から商用周波数の交流電力を受ける。スイッチＳ１およびリアクトル２は、入力端子Ｔ１とコンバータ４の入力ノードとの間に直列接続される。コンデンサ１は、スイッチＳ１とリアクトル２との間のノードＮ１に接続される。スイッチＳ１は、対応するパワーモジュールＰが運転状態にされた場合にオンされ、対応するパワーモジュールＰが待機状態にされた場合にオフされる。ノードＮ１に現れる交流入力電圧ＶＩの瞬時値は、制御装置１４によって検出される。交流入力電圧ＶＩの瞬時値に基づいて、停電の発生の有無などが判別される。

【0029】

コンデンサ１およびリアクトル２は、交流フィルタ３を構成する。交流フィルタ３は、低域通過フィルタであり、商用交流電源３０からコンバータ４に商用周波数の交流電流を流し、コンバータ４で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源３０側に流れることを防止する。

【0030】

コンバータ４は、制御装置１４によって制御され、商用交流電源３０から交流電力が正常に供給されている商用交流電源３０の健全時は、交流電力を直流電力に変換して直流ライン６に出力する。商用交流電源３０からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ４の運転は停止される。コンバータ４の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。

【0031】

直流ライン６は、コンバータ４、双方向チョッパ７およびインバータ８に接続される。直流ライン６に現れる直流電圧ＶＤは、制御装置１４によって検出される。制御装置１４は、商用交流電源３０の健全時には、コンバータ４から出力される直流電圧ＶＤが参照直流電圧ＶＤｒになるようにコンバータ４を制御する。

【0032】

コンデンサ５は、直流ライン６に接続され、直流ライン６の直流電圧ＶＤを平滑化させる。直流ライン６に現れる直流電圧ＶＤの瞬時値は、制御装置１４によって検出される。抵抗素子は、コンデンサ５に並列接続される。抵抗素子は、パワーモジュールＰが故障した場合に直流電圧ＶＤを低下させ、無停電電源装置１００の使用者を保護するために設けられている。抵抗素子の抵抗値は、コンバータ４の運転が停止された場合に、コンデンサ５の端子間電圧ＶＤを短時間で０Ｖに低下させることが可能な値に設定されている。

【0033】

双方向チョッパ７の高電圧側ノードは直流ライン６に接続され、その低電圧側ノードはスイッチＳ２を介してバッテリ端子Ｔ２に接続されている。双方向チョッパ７は、制御装置１４によって制御される。双方向チョッパ７は、商用交流電源３０の健全時には、コンバータ４によって生成された直流電力をバッテリ３２に蓄える。双方向チョッパ７は、商用交流電源３０の停電時には、バッテリ３２の直流電力をインバータ８に供給する。スイッチＳ２は、パワーモジュールＰの使用時にオンされ、例えばバッテリ３２のメンテナンス時にオフされる。

【0034】

インバータ８は、制御装置１４によって制御され、商用交流電源３０の健全時には、コンバータ４によって生成された直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。インバータ８は、商用交流電源３０の停電時には、バッテリ３２から双方向チョッパ７を介して供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換する。インバータ８の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。

【0035】

リアクトル９の第１端子はインバータ８の出力ノードに接続され、第２端子（ノードＮ２）はスイッチＳ３を介して出力端子Ｔ３に接続される。コンデンサ１０は、ノードＮ２に接続される。ノードＮ２に現れる交流出力電圧ＶＯの瞬時値は、制御装置１４によって検出される。電流検出器１３は、ノードＮ２からスイッチＳ３を介して出力端子Ｔ３（すなわち負荷３１）に流れる電流ＩＯの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＩＯｆを制御装置１４に与える。

【0036】

リアクトル９およびコンデンサ１０は、交流フィルタ１１を構成する。交流フィルタ１１は、低域通過フィルタであり、インバータ８から負荷３１側に商用周波数の交流電流を流し、インバータ８で発生するスイッチング周波数の信号が負荷３１側に通過することを防止する。換言すると、交流フィルタ１１は、インバータ８から出力される矩形波状の電圧を正弦波状の電圧に変換する。

【0037】

スイッチＳ３は、制御装置１４によって制御される。制御装置１４は、対応するパワーモジュールＰの使用時にはスイッチＳ３をオンし、対応するパワーモジュールＰのメンテナンス時にはスイッチＳ３をオフする。

【0038】

制御装置１４は、例えば、マイクロコンピュータを主体として構成することが可能である。一例として、制御装置１４は、図示しないメモリおよびＣＰＵを内蔵し、予めメモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行するソフトウェア処理によって、制御動作を実行することができる。あるいは、当該制御動作の一部または全部について、ソフトウェア処理に代えて、内蔵された専用の電子回路などを用いたハードウェア処理によって実現することも可能である。

【0039】

制御装置１４は、交流入力電圧ＶＩ、直流電圧ＶＤ、バッテリ３２の端子間電圧（バッテリ電圧）ＶＢ、交流出力電流ＩＯおよび交流出力電圧ＶＯなどに基づいて、対応するパワーモジュールＰを制御する。制御装置１４は、交流入力電圧ＶＩの検出値に基づいて停電が発生したか否かを検出し、交流入力電圧ＶＩの位相に同期してコンバータ４およびインバータ８を制御する。

【0040】

また制御装置１４は、商用交流電源３０の健全時は、直流電圧ＶＤが参照直流電圧ＶＤｒになるようにコンバータ４を制御し、商用交流電源３０の停電時は、コンバータ４の運転を停止させる。制御装置１４は、商用交流電源３０の健全時には、バッテリ電圧ＶＢが参照バッテリ電圧ＶＢｒになるように双方向チョッパ７を制御する。制御装置１４は、商用交流電源３０の停電時には、直流ライン６の直流電圧ＶＤが参照直流電圧ＶＤｒになるように双方向チョッパ７を制御する。

【0041】

また制御装置１４は、他の各パワーモジュールＰの制御装置１４およびバイパスモジュールＢ０の制御装置２８と通信線１５によって互いに通信可能に接続されており、他の各パワーモジュールＰの制御装置１４およびバイパスモジュールＢ０の制御装置２８と情報の授受を行う。制御装置１４は、パワーモジュールＰ１～Ｐｎの分担電流が等しくなるように、コンバータ４およびインバータ８を制御する。

【0042】

制御装置２８は、複数の電流検出器１３の出力信号ＩＯｆに基づいて、複数のパワーモジュールＰ１～Ｐｎの出力電流ＩＯの和の電流すなわち負荷電流ＩＬを求め、その負荷電流ＩＬを供給するために必要なパワーモジュールＰの適正運転台数を求める。さらに制御装置２８は、求めた適正運転台数と現在の運転台数とを比較し、その比較結果および予め定められている待機の優先順位に基づいて、パワーモジュールＰ１～Ｐｎの各々を待機状態にさせるか運転状態にさせるかを判別する。制御装置２８は、判別結果を、通信線１５を介してパワーモジュールＰ１～Ｐｎの各々の制御装置１４に通知する。

【0043】

制御装置１４は、対応するパワーモジュールＰを待機状態にさせる場合には、対応するスイッチＳ１をオフさせて商用交流電源３０から対応する交流フィルタ３への電流の流入を阻止するとともに、対応するコンバータ４、双方向チョッパ７およびインバータ８の運転を停止させる。また制御装置１４は、対応するパワーモジュールＰを運転状態にさせる場合は、対応するスイッチＳ１をオン状態に維持させるとともに、対応するコンバータ４、双方向チョッパ７およびインバータ８の運転を継続させる。

【0044】

次に、図３を参照して、実施の形態１に係る無停電電源装置１００における制御装置１４，２８の動作電源電圧を生成する制御電源について説明する。

【0045】

図３は、バイパスモジュールＢ０およびパワーモジュールＰの制御電源の構成を示すブロック図である。

【0046】

図３に示すように、バイパスモジュールＢ０は、制御電源４０を備える。制御電源４０は、入力端子Ｔ１１および出力端子Ｔ１２に接続される。制御電源４０は、入力端子Ｔ１１に現れる交流入力電圧ＶＩまたは出力端子Ｔ１２に現れる交流出力電圧ＶＯを用いて、制御装置２８の動作電源電圧を生成する。制御電源４０は「第１の制御電源」の一実施例に対応する。

【0047】

具体的には、制御電源４０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４とを含む。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、無停電電源装置１００の起動時、交流入力電圧ＶＩを直流電源電圧Ｖ１に変換する。商用交流電源３０の停電時、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、交流出力電圧ＶＯを直流電源電圧Ｖ１に変換する。これによると、商用交流電源３０の停電が発生した場合であっても、制御電源４０は、交流出力電圧ＶＯを用いて直流電源電圧Ｖ１を生成することができる。

【0048】

ＤＣ／ＤＣコンバータ４４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２により生成される直流電源電圧Ｖ１を直流電源電圧Ｖ２に変換する。直流電源電圧Ｖ２は、直流電源電圧Ｖ１よりも低い電圧である。例えば、直流電源電圧Ｖ１は数十Ｖであり、直流電源電圧Ｖ２は数Ｖである。直流電源電圧Ｖ１は「第１の直流電源電圧」の一実施例に対応し、直流電源電圧Ｖ２は「第２の直流電源電圧」の一実施例に対応する。ＤＣ／ＤＣコンバータ４４は「第１のＤＣ／ＤＣコンバータ」の一実施例に対応する。

【0049】

制御装置２８は、制御回路２８０と、ドライバ２８２とを含む。制御回路２８０は、直流電源電圧Ｖ２の供給を受けて動作する。制御回路２８０は、マイクロコンピュータまたはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を主体として構成することができる。制御回路２８０は、スイッチ２０のオンオフを制御するための制御信号を生成する。具体的には、制御回路２８０は、スイッチ２０をオンするためのＨ（論理ハイ）レベルの制御信号を生成し、スイッチ２０をオフするためのＬ（論理ロー）レベルの制御信号を生成する。

【0050】

ドライバ２８２は、直流電源電圧Ｖ１の供給を受けて動作する。ドライバ２８２は、制御回路２８０によって生成される制御信号に従ってスイッチ２０を駆動する。具体的には、ドライバ２８２は、直流電源電圧Ｖ１に基づいて、スイッチ２０を構成するサイリスタのゲートに入力する電気信号（ゲート信号）を生成する。ドライバ２８２は、Ｈレベルの制御信号に従って、サイリスタの閾値電圧を超える電圧のゲート信号を生成してサイリスタのゲートに入力する。ドライバ２８２は、Ｌレベルの制御信号に従って、サイリスタの閾値電圧よりも低い電圧のゲート信号を生成してサイリスタのゲートに入力する。

【0051】

制御電源４０はさらに、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２により生成された直流電源電圧Ｖ１を、電源線１６を介してパワーモジュールＰ１～Ｐｎに伝送する。

【0052】

パワーモジュールＰは、制御電源５０を備える。制御電源５０は、電源線１６に接続される。制御電源５０は、電源線１６を介して供給される直流電源電圧Ｖ１を用いて、制御装置１４の動作電源電圧を生成する。具体的には、制御電源５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は、直流電源電圧Ｖ１を直流電源電圧Ｖ２に変換する。制御電源５０は「第２の制御電源」の一実施例に対応する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は「第２のＤＣ／ＤＣコンバータ」の一実施例に対応する。

【0053】

制御装置１４は、制御回路１４０と、ドライバ１４２とを含む。制御回路１４０は、直流電源電圧Ｖ２の供給を受けて動作する。制御回路１４０は、マイクロコンピュータまたはＦＰＧＡを主体として構成することができる。制御回路１４０は、コンバータ４、双方向チョッパ７およびインバータ８の各々に含まれる半導体スイッチング素子（図示せず）のオンオフを制御するための制御信号を生成する。半導体スイッチング素子には、代表的には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を適用することができる。制御回路１４０は、半導体スイッチング素子をオンするためのＨレベルの制御信号を生成し、半導体スイッチング素子をオフするためのＬレベルの制御信号を生成する。

【0054】

ドライバ１４２は、直流電源電圧Ｖ１を受けて動作する。ドライバ１４２は、制御回路１４０によって生成される制御信号に従って、コンバータ４、双方向チョッパ７およびインバータ８を駆動する。具体的には、ドライバ１４２は、直流電源電圧Ｖ１に基づいて、コンバータ４、双方向チョッパ７およびインバータ８の各々に含まれる半導体スイッチング素子の制御電極（例えば、ゲート）に入力する電気信号（ゲート信号）を生成する。ドライバ１４２は、Ｈレベルの制御信号に従って、半導体スイッチング素子の閾値電圧を超えるゲート信号を生成して半導体スイッチング素子のゲートに入力する。ドライバ１４２は、Ｌレベルの制御信号に従って、半導体スイッチング素子の閾値電圧よりも低い電圧のゲート信号を生成して半導体スイッチング素子のゲートに入力する。

【0055】

なお、本実施の形態では、バイパスモジュールＢ０の制御装置２８の動作電源電圧と、パワーモジュールＰの制御装置１４の動作電源電圧とを互いに等しい電圧としたが、制御装置２８と制御装置１４との間で動作電源電圧の大きさが異なっていてもよい。

【0056】

また、本実施の形態では、制御電源４０および制御電源５０の各々を、２種類の直流電源電圧を生成する構成としたが、制御装置１４，２８の構成に応じて３種類以上の直流電源電圧を生成する構成とすることも可能である。

【0057】

以上説明したように、実施の形態１に係る無停電電源装置によれば、単一のＡＣ／ＤＣコンバータ４２によって交流電圧が直流電源電圧Ｖ１に変換され、この直流電源電圧Ｖ１が電源線１６を介して複数のパワーモジュールＰ１～Ｐｎの各々の制御電源５０に与えられる。パワーモジュールＰ１～Ｐｎの各々において、制御電源５０は、電源線１６を介して与えられる直流電源電圧Ｖ１を用いて直流電源電圧Ｖ２を生成する。

【0058】

すなわち、実施の形態１に係る無停電電源装置では、バイパスモジュールＢ０および複数のパワーモジュールＰ１～Ｐｎの制御電源４０，５０の間において、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２が共通化されている。これによると、図３に示すように、パワーモジュールＰ１～Ｐｎの各々においてＡＣ／ＤＣコンバータの設置を省略することができる。

【0059】

ここで、図３のようにＡＣ／ＤＣコンバータ４２を共通化する構成と、各パワーモジュールＰにＡＣ／ＤＣコンバータを搭載する構成とを比較する。共通化されたＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、各パワーモジュールＰに搭載されるＡＣ／ＤＣコンバータと比較して出力電力が増えるために、より大きな容量が必要となり、サイズが大型化する。その一方で、各パワーモジュールＰにおいては、ＡＣ／ＤＣコンバータの設置が不要となるため、部品点数を削減することができる。よって、パワーモジュールＰの小型化および低コスト化が可能となる。これにより、無停電電源装置１００全体として、小型化および低コスト化を実現することができる。

【0060】

また実施の形態１に係る無停電電源装置においては、バイパスモジュールＢ０および複数のパワーモジュールＰ１～Ｐｎの間でＡＣ／ＤＣコンバータ４２を共通化する一方で、制御回路１４０の動作電源電圧については、パワーモジュールＰごとに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を用いて生成される。制御回路１４０を構成するマイクロコンピュータまたはＦＰＧＡにおいては、騒音または電磁ノイズ等の外乱によって動作電源電圧にノイズが印加されると、正常な動作ができなくなる場合がある。そのため、電源線１６を介して各パワーモジュールＰの制御電源５０に動作電源電圧を供給する構成とした場合には、電源線１６にノイズが重畳することで、対応するパワーモジュールＰにて電力変換器が安定した運転をできなくなる可能性が懸念される。実施の形態１では、パワーモジュールＰごとに、電源線１６から供給される直流電源電圧Ｖ１を用いて制御回路１４０の動作電源電圧が生成されるため、上述したノイズの影響を受けることなく、パワーモジュールＰの安定動作を実現することができる。

【0061】

［実施の形態２］
図４は、実施の形態２に係る無停電電源装置１００における制御電源の構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る無停電電源装置１００の構成は、制御電源を除いて実施の形態１に係る無停電電源装置１００の構成と同じであるため、詳細な説明は繰り返さない。

【0062】

図４に示すように、バイパスモジュールＢ０は、制御電源４０を備える。制御電源４０の構成は、図３に示した制御電源４０の構成と同じである。すなわち、制御電源４０は、交流入力電圧ＶＩまたは交流出力電圧ＶＯを直流電源電圧Ｖ１に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ４２と、直流電源電圧Ｖ１を直流電源電圧Ｖ２に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４４とを含む。

【0063】

パワーモジュールＰは、制御電源５０を備える。制御電源５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４とを含む。制御電源５０は、図３に示した制御電源５０と比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４を含む点が異なる。

【0064】

ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、直流ライン６に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、直流ライン６に現れる直流電圧ＶＤを直流電源電圧Ｖ１に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は、生成された直流電源電圧Ｖ１を電源線１６に出力する。ドライバ１４２は、電源線１６を介して直流電源電圧Ｖ１の供給を受けて動作する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５４は「第３のＤＣ／ＤＣコンバータ」の一実施例に対応する。

【0065】

ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は、電源線１６を介して供給される直流電源電圧Ｖ１を直流電源電圧Ｖ２に変換する。制御回路１４０は、直流電源電圧Ｖ２の供給を受けて動作する。

【0066】

実施の形態２では、パワーモジュールＰの制御電源５０は、無停電電源装置１００の起動時は、電源線１６を介してバイパスモジュールＢ０から供給される直流電源電圧Ｖ１を用いて、制御装置１４の動作電源電圧（直流電源電圧Ｖ１，Ｖ２）を生成する。

【0067】

無停電電源装置１００が起動すると、パワーモジュールＰにおいて、制御装置１４は、動作電源電圧の供給を受けて動作する。具体的には、制御装置１４は、スイッチＳ１をオンさせるとともに、コンバータ４に入力される交流入力電圧ＶＩを直流電圧ＶＤに変換して直流ライン６に出力する。制御装置１４は、コンバータ４から出力される直流電圧ＶＤが参照直流電圧ＶＤｒになるようにコンバータ４を制御する。直流ライン６に出力される直流電圧ＶＤを受けてコンデンサ５が初期充電される。

【0068】

無停電電源装置１００の運転時には、パワーモジュールＰの制御電源５０は、対応するパワーモジュールＰの直流ライン６に現れる直流電圧ＶＤを用いて、制御装置１４の動作電源電圧（直流電源電圧Ｖ１，Ｖ２）を生成する。

【0069】

このように実施の形態２においては、無停電電源装置１００の運転中、パワーモジュールＰ１～Ｐｎの各々は、バイパスモジュールＢ０から電源線１６を介して供給される直流電源電圧Ｖ１に依らず、直流ライン６の直流電圧ＶＤを用いて動作電源電圧（直流電源電圧Ｖ１，Ｖ２）を生成するように構成される。すなわち、無停電電源装置１００の運転中、パワーモジュールＰ１～Ｐｎは、バイパスモジュールＢ０から独立して動作電源電圧を生成する。これによると、無停電電源装置１００の運転中、バイパスモジュールＢ０を停止させて、バイパスモジュールＢ０を引出および挿入するホットスワップを実行することが可能となる。

【0070】

［実施の形態３］
図５は、実施の形態３に係る無停電電源装置１００における制御電源の構成を示すブロック図である。実施の形態３に係る無停電電源装置１００の構成は、制御電源を除いて実施の形態１に係る無停電電源装置１００の構成と同じであるため、詳細な説明は繰り返さない。

【0071】

図５に示すように、バイパスモジュールＢ０は、制御電源４０を備える。制御電源４０の構成は、図３に示した制御電源４０の構成と同じである。すなわち、制御電源４０は、交流入力電圧ＶＩまたは交流出力電圧ＶＯを直流電源電圧Ｖ１に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ４２と、直流電源電圧Ｖ１を直流電源電圧Ｖ２に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４４とを含む。

【0072】

パワーモジュールＰは、制御電源５０を有していない点が、図３に示したパワーモジュールＰとは異なる。パワーモジュールＰは、電源線１６を介してバイパスモジュールＢ０の制御電源４０から直流電源電圧Ｖ１，Ｖ２の供給を受ける。制御回路１４０は、電源線１６から直流電源電圧Ｖ２の供給を受けて動作する。ドライバ１４２は、電源線１６から直流電源電圧Ｖ１の供給を受けて動作する。

【0073】

実施の形態３では、パワーモジュールＰは制御電源５０を有さない。制御装置１４は、バイパスモジュールＢ０の制御電源４０によって生成された動作電源電圧（直流電源電圧Ｖ１，Ｖ２）の供給を受けて動作する。そのため、実施の形態３に係る制御電源４０は、図３に示した制御電源４０と比較して、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４の容量が大きくなるため、サイズが大型化することになる。

【0074】

その一方で、パワーモジュールＰ１～Ｐｎの各々においては、制御電源５０の設置が不要となるために、部品点数を削減でき、小型化および低コスト化を実現することができる。その結果、無停電電源装置１００全体として更なる小型化および低コスト化が可能となる。

【0075】

ただし、実施の形態３では、制御回路１４０の動作電源電圧（直流電源電圧Ｖ２）が電源線１６に重畳したノイズの影響を受けやすくなることが懸念される。したがって、実施の形態３は、制御回路１４０のノイズ耐性が高いパワーモジュールＰを備える無停電電源装置に対して好適な構成であるといえる。

【0076】

［実施の形態４］
上述した実施の形態１～３では、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２をバイパスモジュールＢ０内に設置する構成例について説明したが、実施の形態４では、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２をバイパスモジュールＢ０の外部に設ける構成について説明する。

【0077】

図６は、実施の形態４に係る無停電電源装置１００における制御電源の構成を示すブロック図である。実施の形態４に係る無停電電源装置１００は、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２がバイパスモジュールＢ０の制御電源４０と別体に設けられている点が図３に示した無停電電源装置１００とは異なる。

【0078】

ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、例えば、バイパスモジュールＢ０およびパワーモジュールＰ１～Ｐｎを収容する筐体の内部に設置される。図示は省略するが、ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、例えば、無停電電源装置１００全体を統括制御するためのコントローラモジュールの内部に搭載してもよい。

【0079】

ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、入力端子Ｔ１１および出力端子Ｔ１２に接続される。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、交流入力電圧ＶＩまたは交流出力電圧ＶＯを直流電源電圧Ｖ１に変換する。ＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、直流電源電圧Ｖ１を電源線１６を介して、バイパスモジュールＢ０およびパワーモジュールＰ１～Ｐｎに伝送する。

【0080】

バイパスモジュールＢ０において、制御電源４０は電源線１６に接続される。制御電源４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ４４は、直流電源電圧Ｖ１を直流電源電圧Ｖ２に変換する。制御回路２８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４から直流電源電圧Ｖ２の供給を受けて動作する。ドライバ２８２は、電源線１６から直流電源電圧Ｖ１を受けて動作する。

【0081】

パワーモジュールＰにおいて、制御電源５０は電源線１６に接続される。制御電源５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２を含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ５２は、直流電源電圧Ｖ１を直流電源電圧Ｖ２に変換する。制御回路１４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２から直流電源電圧Ｖ２の供給を受けて動作する。ドライバ１４２は、電源線１６から直流電源電圧Ｖ１を受けて動作する。

【0082】

実施の形態４においても、バイパスモジュールＢ０および複数のパワーモジュールＰ１～Ｐｎの間でＡＣ／ＤＣコンバータ４２が共通化されている。したがって、実施の形態１と同じ効果が得られる。

【0083】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0084】

１，５，１０ コンデンサ、２，９ リアクトル、３，１１ 交流フィルタ、４ コンバータ、６ 直流ライン、７ 双方向チョッパ、８ インバータ、１３ 電流検出器、１４，２８ 制御装置、１５ 通信線、１６ 電源線、２０，Ｓ１～Ｓ３ スイッチ、３０ 商用交流電源、３１ 負荷、３２ バッテリ、４０，５０ 制御電源、４２ ＡＣ／ＤＣコンバータ、４４，５２，５４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１００ 無停電電源装置、１４０，２８０ 制御回路、１４２，２８２ ドライバ、Ｂ０ バイパスモジュール、Ｐ１～Ｐｎ，Ｐ パワーモジュール、Ｔ１，Ｔ１１ 入力端子、Ｔ２ バッテリ端子、Ｔ３，Ｔ１２ 出力端子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】